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レイヤ3(L3)スイッチとルーター:違いとは?どっちを選ぶ?

Sheldon

翻訳者 ともや
2019年5月3日 に投稿された



 ネットワークインフラに興味を持つあなた、もしくはITインフラエンジニアとして働いている方々にとって、レイヤ3スイッチ、ルータなどの専門用語・固有名詞は聞き慣れた言葉であろう。レイヤ3スイッチとルータ、その違いはどこにあるでしょう。意味、機能、そして機器本体、様々な側面からレイヤ3スイッチとルータを比較し、ネットワーク構築に当たる最良な選択を紹介する。


ルータとは、異なるVLAN(Virtual Local Area Network、仮想的なLAN)間の通信を実現し、ルーティング機能を有するデバイスということである。ルータは主にWAN(Wide Area Network、地理的に離れた拠点を結ぶ広域通信網)あるいは異なるVLAN間に設置され、データ転送用ルートを整理する。それに比べてレイヤ3スイッチはルータとレイヤ2スイッチの機能を持ち合わせたネットワーク機器である。そのため、レイヤ3スイッチは主にLAN内に配置され、ネットワーク間の通信を成り立たせる。



レイヤ3スイッチ:レイヤ2/3スイッチングの組み合わせ

 レイヤ3スイッチは、レイヤ3情報に基づいて(主にMACアドレスを介して)トラフィック(フレーム)を転送するデバイスです。レイヤ3スイッチは、すべてのスイッチング機能だけでなく、VLAN間でルーティングするための基本的なルーティング機能もサポートしています。レイヤ3スイッチは、大規模LANでのネットワークルーティングパフォーマンスを向上させるためのテクノロジと考えられています。レイヤ3スイッチのうち、レイヤ転送は特殊なASICによって実行されます。ルーターより高速ですが、通常はルーターの高度な機能の一部が欠けています。ルーターとは異なり、レイヤ3スイッチはパケットがルーターを介して追加の手順を実行する必要がないため、ネットワークの待ち時間が発生する可能性が低くなります。レイヤ3スイッチがレイヤ2とレイヤ3の両方に関連する機能を実行することを考えると、「マルチレイヤスイッチ」とも呼ばれ、一部の10GbEスイッチとギガビットPoEスイッチはこのタイプです。


ルーター:異なるネットワークとプロトコル用

 ルーターは、家庭や中小企業のネットワークに適用されるユビキタスハードウェアです。それはそれに接続されているデバイスとインターネットの間の通信を可能にします。ルーターはIPアドレスを使用してレイヤ3情報に基づいてトラフィック(パケット)を転送できます。これにより、ネットワークは異なるプロトコルにまたがることができます。ルーターは、攻撃や侵入からネットワークを保護する最優先のセキュリティとしても機能します。パケットを宛先にルーティングするために、ルーターはすべてのパケットのレイヤ3宛先アドレスを分析し、それに最適なネクストホップを決定します。このプロセスには時間がかかるため、各パケットに遅延が発生します。

タイプ/特徴 ルータ レイヤ3スイッチ
主体となる処理 ソフトウェア処理 ハードウェア処理
処理速度 低速・中速 高速
対応プロトコル マルチプロトコル TCP/IPのみ
コスト 比較的に安価 高価
ネットワーク規模 中・小規模 中・大規模
機能 機能追加が容易で多機能 機能が少ない
拡張性 高い 低い
商品例

ルータ

20x10Gb SFP+、4x25Gb SFP28


レイヤ3スイッチとルーターの基本機能は次のとおり

特徴 レイヤ3スイッチ ルーター
レイヤ3基本ルーティング あり あり
トラフィック管理 あり あり
WICカードのサポート なし あり
高度なルーティング機能 なし あり
転送アーキテクチャー ハードウェア-ASIC ソフトウェア-IOS
RMONのサポート あり なし
ポリシーパフォーマンス 高い 低い
WANサポート なし あり
WANインタフェース なし あり
QoS機能 なし あり
NAT なし あり
LAN機能 あり なし

レイヤ3スイッチとルーター:類似点と相違点



類似点:

  レイヤ3スイッチは、スイッチとルーターの両方です。複数のイーサネットポートとスイッチング機能を備えたルーターと見なすことができます。レイヤ3スイッチは、IPアドレスとMACアドレスの両方を検査することによってパケット交換を可能にします。したがって、レイヤ3スイッチはポートを別々のVLANに分離し、それらの間でルーティングを実行できます。従来のルータと同様に、レイヤ3スイッチもRIP、OSPF、EIGRPなどのルーティングプロトコルをサポートするように設定できます。

相違点:

  ハードウェア – レイヤ3スイッチとルーターの主な違いはハードウェアにあります。レイヤ3スイッチ内のハードウェアは、従来のスイッチやルーターのハードウェアと調和しており、ルーターのソフトウェアロジックの一部と集積回路ハードウェアを組み合わせて、LANのパフォーマンスを向上させます。さらに、イントラネットでの使用に特化して設計されたレイヤ3スイッチは、通常WANポートを持たず、従来のルーターに通常備わっている機能を備えています。そのため、レイヤ3スイッチは、VLAN間のルーティングをサポートするために最もよく使用されます。

  インタフェース – レイヤ3スイッチとルーターに関するもう1つの違いは、レイヤ3スイッチがサポートするインタフェースが限られていることです(通常はRJ45のイーサネットとシングルモード/マルチモードファイバのみ)。ルーターには、SDH、SONET、E1/T1などのオプションがあります。さらに、ルーターはLANをWANに接続するデバイスであり、スイッチは単なるLANデバイスです。

   動作原理– レイヤ3スイッチは宛先ホストのMACアドレスを調べて、その受信者だけにフレームを送信します。ルーターは、MACアドレスではなくターゲットIPアドレスを参照するため、IPアドレス割り当て(DHCP)やファイアウォールフィルタリングなど、単なるパケットルーティングよりも多くの機能を提供します。

  次の表には、レイヤ3スイッチとルーターの3つの大きな違いに加えて、レイヤ3スイッチとルータを区別するのに役立つようにその他の側面をまとめます。

属性 レイヤ3スイッチ ルーター
範囲 オフィス、データセンターおよびキャンパス環境用のLAN オフィス、データセンターおよびキャンパス環境用のWAN
主な機能 キャンパスLAN上の異なるサブネットまたはVLANにまたがるルート WAN上の異なるネットワーク間の経路は、ルーターによって通信および経路指定される
エッジテクノロジのサポート サポートしない NAT、ファイアウォール、トンネリング、IPSec
ルーティングテーブルのサイズ ルーターに比べて小さいルーティングテーブル 複数のルートエントリをサポートするためにかなり大きい
フォワーディングの決定 フォワーディングは特殊なASICによって実行される ソフトウェアによる実行
インターフェースサポート イーサネットポート(銅線/ファイバ) イーサネットポート(銅線/ファイバ)、SONT、OC-N、T1/T3などのインターフェイス
スループット ハイスループット レイヤ3スイッチより低い
スイッチング容量 高いスイッチング容量 レイヤ3スイッチより低い
コスト 低コスト 高コスト
ポート密度 高い 低い

レイヤ3スイッチとルーター:選択方法

 レイヤ3スイッチおよびルータに関する一般的な話の1つは、ルーターがある場合に、なぜレイヤー3スイッチを必要としたかということです。実際、それぞれをさまざまな状況やシナリオで展開できます。説明した類似点と相違点に基づいて、選択は実際にはネットワーク設計と達成しようとしていることによって異なります。

 レイヤ3スイッチの場合:

  WAN機能が欠如しているため、レイヤ3スイッチのアプリケーションは、十分な規模のデバイスサブネットとトラフィックを伴うイントラネット環境に分類されることがよくあります。それは以下のシナリオを正当化することができます:

  部門は、パフォーマンスまたはセキュリティのために独自のブロードキャストドメインを必要としています。
  ハブルームを接続し、レイヤ3の決定を下して、直接サーバ形式の接続にルータよりも多くのイーサネットインターフェイスを提供します。
  ISPによるレイヤ2回線を介してオフィス間を接続すると、レイヤ3スイッチでリンクを直接終端し、同時にルーティングを設定できます。
  より多くのスループット、直接アクセスおよびVLAN間通信が必要な場合は、レイヤ3スイッチが最善の策です。
  多くのブロードキャストがあるネットワークには、より優れたパフォーマンスのVLANを必要とします。

 ルーターの場合:

  WANリンクがイーサネットベースになるにつれて、ルーターをレイヤ3スイッチに置き換える傾向が強まっています。ただし、ルーターにはまだレイヤ3スイッチではサポートできない特別な機能がいくつかあります。これらの場合ではかけがえのないです。

  インターネットを提供するためにISPに直接接続したい場合は、ルーターを使用できます。

  たとえば、公衆インターネットを介して2つのオフィスをより安全な方法で接続するために、オフィス間にトンネルを構築する必要がある場合は、ルーターがそのニーズに適しています。

  MPLS設定に参加しているCEの場合は、ルータが必要です。

結論

レイヤ3スイッチとルーターのどちらを選ぶかについては、決断を下す前にビジネス要件を理解する必要があります。一般に、デバイスがほとんどの場合ルーティングを行うときにルーターを入手するのが適切です。より多くのポート、より良いネットワークパフォーマンスおよびVLANセグメンテーションが必要な場合は、スイッチのほうが適している可能性があります。FSは、SFPスイッチ、カッパースイッチ、ハイエンド40/100Gスイッチなど、ネットワークスイッチソリューションおよび製品のフルセットを提供しています。

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